Tài liệu Nghiên cứu tổng hợp keo polyphenol - urotropin từ polyphenol nhóm tannin của vỏ keo lá tràm

1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP KEO POLYPHENOL – ROTROPIN TỪ POLYPHENOL NHÓM TANNIN CỦA VỎ KEO LÁ TRÀM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN SU PHẠM SVTH: ĐOÀN VĂN DƢƠNG GVHD: PGS.TS LÊ TỰ HẢI Đà Nẵng - Năm 2012 2 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc .….….. KHOA HÓA NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên : Đoàn Văn Dƣơng Lớp : 08SHH Tên đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp keo polyphenol - urotropin từ polyphenol nhóm Tannin của vỏ keo lá tràm ” I. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu - Mục tiêu: Nghiên cứu quá trình tổng hợp keo polyphenol-Urotropin từ nguồn polyphenol –urotropin và tạo gỗ ép MDF - Nội dung nghiên cứu:  Dùng phương pháp trích ly để chiết tách tannin  Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình tạo keo  Xác định một số chỉ số hóa lý của vỏ keo lá tràm  Xác định một số nhóm chức đặc trưng của tannin qua phổ IR.  Xác định điều kiện tối ưu cho phản ứng tổng hợp keo polyphenol – urotropin  Xác định tính chất của keo polyphenol – urotropin  Khảo sát khả năng ứng dụng của keo polyphenol – urotropin tạo tấm MDF với bột gỗ II.Phương pháp nghiên cứu 1. Phương pháp xác định độ ẩm, độ tro. 2. Phương pháp phổ IR: Xác định các nhóm chức đặc trưng của sản phẩm polyphenol 3. Phương pháp tổng hợp hữu cơ tổng hợp keo 4. Phương pháp vật lý: Xác định tỷ trọng, độ nhớt của keo 5. Phương pháp xác định cấu trúc của keo 6. Phương pháp cơ học: Đo độ bền kéo, độ bền uốn của tấm MDF 3 7. Phương pháp chụp SEM xác định cấu trúc hình thái học của tấm MDF 8. Phương pháp xác định độ trương nở của MDF III. Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Lê Tự Hải IV. Ngày giao đề tài: 05/02/2011 V. Ngày hoàn thành: 10/05/2012 Giáo viên hướng dẫn PGS.TS. Lê Tự Hải Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày … /05/2012. Kết quả đánh giá: Ngày…. tháng 05 năm 2012 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG 4 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS. Lê Tự Hải đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề tài này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo giảng dạy và công tác tại phòng thí nghiệm khoa Hóa, trƣờng đại học Sƣ phạm tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện đề tài này. Và cuối cùng em xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn sinh viên lớp 08SHH đã động viên, giúp đỡ em trong thời gian học tập vừa qua. Do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm nên đề tài không tránh khỏi những hạn chế và sai sót nhất định. Em kính mong nhận đƣợc sự góp ý và hƣớng dẫn thêm từ các thầy cô. Em xin trân trọng cảm ơn. Đà nẵng, ngày 10 tháng 05 năm 2012 Sinh viên Đoàn Văn Dƣơng 5 MỤC LỤC Trang Trang nhiệm vụ khóa luận tốt nghiệp .................................................................... Lời cảm ơn ........................................................................................................... Danh mục các bảng .............................................................................................. Danh mục các hình vẽ, đồ thị................................................................................ MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. Lí do chọn đề tài .................................................................................................. 1 2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................... Error! Bookmark not defined. 4. Phương pháp nghiên cứu .....................................Error! Bookmark not defined. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..............Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ......................................................... 3 1.1. Tổng quan về keo lá tràm ........................... Error! Bookmark not defined.3 1.1.1. Sơ lược về keo lá tràm ............................Error! Bookmark not defined. 1.1.2. Phân loại keo lá tràm ..............................Error! Bookmark not defined. 1.1.3. Đặc điểm sinh học của keo lá tràm..........Error! Bookmark not defined. 1.1.4. Tình trạng phân bố ở trên thế giới và Việt Nam ...................................... 4 1.1.5. Ứng dụng................................................................................................ 4 1.2. Tổng quan về keo dán .................................................................................. 4 1.2.1. Lịch sử tìm ra keo dán ............................................................................ 4 1.2.2. Định nghĩa về keo dán ............................................................................ 5 1.2.3. Các chức năng của keo dán ..................................................................... 5 1.2.4. Các tính chất quan trọng của keo dán ...................................................... 6 1.2.5. Phân loại keo dán.................................................................................... 6 1.2.5.1. Keo có nguồn gốc tự nhiên và tổng hợp ........................................... 6 1.2.5.2. Sự phân loại theo thành phần hóa học .............................................. 7 1.2.6. Keo dán gỗ ........................................................................................... 11 1.2.7. Keo polyphenol-urotropin ..................................................................... 12 6 1.3. Tổng quan về polyphenol ............................................................................ 13 1.3.1. Sơ lược về polyphenol ..............................1Error! Bookmark not defined. 1.3.2. Phân loại polyphenol: Polyphenol được phân chia thành hai loại cơ bản ....................................................................... 1Error! Bookmark not defined. 1.3.3. Tính chất cơ bản của polyphenol thực vật ............................................. 15 1.3.4. Ứng dụng của polyphenol ..................................................................... 16 1.3.4.1. Tạo phức với ion kim loại .............................................................. 16 1.3.4.2. Sử dụng làm chất chống oxi hóa ..................................................... 16 1.3.4.3. Sử dụng trong y học ....................................................................... 17 1.3.4.4. Sử dụng trong kĩ nghệ thuộc da ...................................................... 17 1.3.5. Tình hình nghiên cứu và sử dụng polyphenol ....................................... 18 1.3.5.1. Trong đời sống và trong y, dược học .............................................. 18 1.3.5.2. Trong công nghiệp ......................................................................... 18 1.4. Gỗ MDF...................................................................................................... 19 1.5. Phương pháp chụp SEM .............................................................................. 19 1.5.1. Giới thiệu về phương pháp chụp SEM .................................................. 19 1.5.2. Nguyên tắc hoạt động ........................................................................... 20 CHƢƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 21 2.1. Nguyên liệu, hóa chất tổng hợp keo polyphenol – urotropin ........................ 21 2.1.1. Polyphenol rắn...................................................................................... 21 2.1.2. Urotropin .............................................................................................. 21 2.1.2.1. Tính chất vật lý: ............................................................................. 21 2.1.2.2. Tính chất hoá học ........................................................................... 22 2.1.2.3. Điều chế ......................................................................................... 22 2.1.2.4. Ứng dụng của Urotropin................. 2Error! Bookmark not defined. 2.1.3. Những hóa chất khác được sử dụng: ..... 2Error! Bookmark not defined. 2.2. Phương pháp nghiên cứu ............................. 2Error! Bookmark not defined. 2.2.1. Xác định một số chỉ tiêu hóa lý trong bột vỏ keo lá tràm .............. 2Error! Bookmark not defined. 7 2.2.1.1. Xác định độ ẩm .............................. 2Error! Bookmark not defined. 2.2.1.2. Xác định hàm lượng tro .................................................................. 24 2.2.2. Định tính polyphenol ............................................................................ 24 2.2.2.1. Định tính phân biệt polyphenol nhóm tanin ngưng tụ ..................... 25 2.2.2.2. Định tính phân biệt nhóm tanin thủy phân ...................................... 25 2.2.3. Tách polyphenol rắn ............................................................................. 25 2.2.3.1. Dụng cụ, thiết bị ............................................................................. 25 2.2.3.2. Quy trình tách polyphenol rắn ........................................................ 25 2.2.3.3. Phổ hồng ngoại của tanin ............................................................... 26 2.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố đến phản ứng tổng hợp keo polyphenol – urotropin...................................................................................................... 28 2.2.4.1. Thiết bị, dụng cụ ............................................................................ 28 2.2.4.2. Quy trình tổng hợp ......................................................................... 28 2.2.5. Nghiên cứu tính chất của keo dán polyphenol – urotropin.............. Error! Bookmark not defined.1 2.2.5.1. Phổ hồng ngoại (IR) của keo sản phẩm .......... Error! Bookmark not defined.1 2.2.5.2. Hàm lượng rắn (TDS) .................................................................... 31 2.2.5.3. Độ nhớt dung dịch keo ................... Error! Bookmark not defined.1 2.2.5.4. pH .................................................. Error! Bookmark not defined.1 2.2.5.5. Tỉ trọng .......................................... Error! Bookmark not defined.1 2.2.5.6. Thời gian gel hóa ........................... Error! Bookmark not defined.2 2.2.6. Ứng dụng tạo tấm ván ép MDF của keo polyphenol – Urotropin ... Error! Bookmark not defined.2 2.2.6.1. Xác định các chỉ tiêu của tấm ép được tạo từ keo polyphenol – urotropin ..................................................................................................... 34 2.2.6.2. Phương pháp phân tích SEM .......................................................... 35 2.2.6.3. Đo độ trương nở tấm MDF thành phẩm .......................................... 35 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 36 8 3.1. Xác định một số chỉ tiêu hóa lý ................................................................... 36 3.1.1. Xác định độ ẩm..................................................................................... 36 3.1.2. Xác định hàm lượng tro ........................................................................ 36 3.2. Định tính polyphenol................................................................................... 36 3.2.1. Định tính nhận biết polyphenol nhóm tanin ngưng tụ ........................... 36 3.2.2. Định tính nhận biết polyphenol nhóm tanin thủy phân .......................... 37 3.3. Tách polyphenol rắn và phổ của polyphenol................................................ 37 3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố đến phản ứng tổng hợp keo polyphenol – Urotropin ........................................................................................................... 38 3.4.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng polyphenol : khối lượng urotropin ....... 38 3.4.2. Ảnh hưởng của thời gian....................................................................... 39 3.4.3. Ảnh hưởng của pH................................................................................ 40 3.4.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ ........................................................................ 41 3.5. Nghiên cứu tính chất của keo polyphenol – urotropin.................................. 42 3.5.1. Trạng thái vật lý và phổ hồng ngoại keo ............................................... 42 3.5.2. Hàm lượng rắn (TDS) ........................... 4Error! Bookmark not defined. 3.5.3. Độ nhớt dung dịch keo .......................... 4Error! Bookmark not defined. 3.5.4. pH. ....................................................... 4Error! Bookmark not defined. 3.5.5. Tỉ trọng................................................. 4Error! Bookmark not defined. 3.5.6. Thời gian gel hóa .................................. 4Error! Bookmark not defined. 3.6. Nghiên cứu tạo tấm MDF ............................................................................ 44 3.6.1. Ảnh hưởng của hàm lượng keo đến độ bền uốn và độ bền kéo của tấm MDF .............................................................................................................. 44 3.6.1.1.Đo độ bền kéo vật liệu..................................................................... 44 3.6.1.2. Đo độ bền uốn vật liệu .................................................................. 44 3.6.2. Cấu trúc tế vi của tấm MDF (chụp SEM) .............................................. 46 3.6.3. Đo độ trương nở tấm MDF thành phẩm ................................................ 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 50 1. KẾT LUẬN ....................................................................................................... 50 9 2. KIẾN NGHỊ ...................................................................................................... 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 51 DANH MỤC CÁC BẢNG Số Tên Trang Bảng 3.1. Độ ẩm mẫu bột keo lá tràm 36 Bảng 3.2. Hàm lượng tro mẫu vỏ keo lá tràm 36 Bảng 3.3. Tần số và loại dao động trong phổ hồng ngoại của polyphenol 38 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng polyphenol : tỉ lệ khối lượng urotropin 38 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của yếu tố thời gian đến độ nhớt cuả keo 38 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của yếu tố pH 40 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ 41 Bảng 3.8. Bảng 3.9. Kết quả các tính chất keo Ảnh hưởng của hàm lượng keo đến độ bền uốn và độ bền kéo của tấm MDF Bảng 3.10. Độ trương nở 44 45 49 10 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số Tên Trang Hình 1.1. Keo lá tràm 3 Hình 1.2. Sự phân loại đơn giản về keo dán 7 Hình 1.3. Axit galic và một số loại polyphenol thuộc nhóm tannin thủy phân 14 Hình 1.4. Một số loại polyphenol thuộc nhóm tannin pyrocatechin 15 Hình 2.1. Bột xay từ vỏ keo lá tràm 21 Hình 2.2. Sơ đồ tách tanin rắn 26 Hình 2.3. Sơ đồ tổng hợp keo polyphenol-Urotropin 30 Hình 2.4. Giai đoạn depolyme hóa 31 Hình 2.5. Bộ thiết bị tổng hợp keo 31 Hình 2.6. Nhớt kế 32 Hình 2.7. pH kế 32 Hình 2.8. Sơ đồ tạo tấm ép 33 Hình 2.9. Máy ép nhiệt 34 Hình 2.10. Khuôn tạo tấm MDF 34 Hình 2.11. Máy đo độ bền kéo, uốn nhiệt 34 Hình 3.1. Tannin rắn 37 Hình 3.2. Phổ hồng ngoại của tannin 37 Hình 3.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng polyphenol : khối lượng urotropin 39 Hình 3.4. Ảnh hưởng của yếu tố thời gian 40 Hình 3.5. Ảnh hưởng của yếu tố pH 41 11 Hình 3.6. Ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ 42 Hình 3.7. Keo polyphenol - Urotropin dạng đặc quánh 42 Hình 3.8. Phổ hồng ngoại (IR) của keo sản phẩm 43 Hình 3.9. Tấm MDF 44 Hình 3.10. Ảnh hưởng của hàm lượng keo đến độ bền uốn 45 Hình 3.11 Ảnh hưởng của hàm lượng keo đến độ bền kéo 46 Hình 3.12 Mẫu 1 (10% keo) 47 Hình 3.13 Mẫu 2 (15% keo) 47 Hình 3.14 Mẫu 3 (20% keo) 48 Hình 3.15 Mẫu 4 (25% keo) 48 Hình 3.16 Mẫu 5 (30%) 49 12 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Hiện nay, các vật liệu kết dính và chất dẻo mới có nguồn gốc từ thực vật, thân thiện với sức khoẻ con người đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và áp dụng để sản xuất các vật dụng khác nhau trong cuộc sống. Việc sử dụng các loại keo dán bắt nguồn từ các hóa chất của công nghiệp dầu mỏ thường có giá thành đắt, gây độc hại với môi trường và dần trở nên khan hiếm, cạn kiệt. Do vậy, xu hướng nghiên cứu tìm các chất không độc hại để thay thế một phần hoặc toàn bộ nguyên liệu gốc dầu mỏ bằng các nguyên liệu tái tạo có nguồn gốc thực vật là công nghệ hấp dẫn về mặt kinh tế và môi trường đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Một trong số đó là các hợp chất polyphenol (tanin) được tách ra từ các loài thực vật và được sử dụng cho tổng hợp keo polyphenol-urotropin. Không giống keo polyphenol- formaldehyde thường có một lượng formaldehyde thoát ra trong quá trình sử dụng, keo polyphenol-urotropin không độc cho người sử dụng, rất thích hợp để làm các vật dụng trong gia đình. Việt Nam là một nước nhiệt đới gió mùa với hệ thực vật phong phú, trong đó có nhiều loài thực vật có chứa hợp chất polyphenol với hàm lượng tương đối cao như keo lá tràm, thông,... Đặc biệt, Quảng Nam - Đà Nẵng là nơi có nhiều rừng thông, keo lá tràm,…; đây là nguồn nguyên liệu cho polyphenol rất lớn. Mặc khác các loài cây này thường được người dân sử dụng để lấy gỗ, còn phần vỏ chứa polyphenol thì bị bỏ đi hoặc làm củi đốt. Ngoài ra, một số nhà máy sản xuất nguyên liệu bột giấy từ cây keo lá tràm đã thải ra một lượng vỏ rất lớn có chứa polyphenol. Do vậy, việc nghiên cứu chiết tách polyphenol từ vỏ cây keo lá tràm để chế tạo keo polyphenolurotropin sẽ có ý nghĩa quan trọng về mặt khoa học và thực tiễn trong việc tổng hợp một loại keo dán có giá thành rẻ, thân thiện môi trường và đáp ứng được một phần nhu cầu sử dụng các loại keo dán cho ngành sản xuất ván gỗ ép; cũng như các ngành có liên quan đến keo dán khác mà thực tế hiện nay chúng ta phải nhập các loại keo dán gỗ từ nước ngoài. Đồng thời, kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ mở thêm 13 ứng dụng của hợp chất polyphenol (tanin) được chiết tách từ nguồn nguyên liệu thực vật phong phú và tái tạo được ở nước ta, tạo công ăn việc làm và tăng nguồn thu nhập cho người dân. Vì vậy, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp keo polyphenol – Urotropin từ polyphenol nhóm tannin của vỏ keo lá tràm” để làm luận văn tốt nghiệp với mong muốn tìm hiểu thêm về khả năng sử dụng của các sản phẩm có sẵn trong tự nhiên tại địa phương. 2. Mục đích nghiên cứu - Tìm điều kiện tối ưu cho quá trình tạo ra keo dán gỗ polyphenol –Urotropin từ polyphenol nhóm tannin của vỏ keo lá tràm. - Ứng dụng keo dán gỗ polyphenol –Urotropin tạo gỗ ép MDF 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Cây keo lá tràm. - Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo keo polyphenol –Urotropin; ứng dụng tạo tấm ván ép. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Chiết tách tannin. - Tổng hợp keo polyphenol –Urotropin. - Xác định cấu trúc của keo bằng phổ hồng ngoại IR. - Xác định các tính chất hóa lý của keo polyphenol –Urotropin. - Tạo tấm ván ép MDF 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học + Tìm điều kiện tối ưu cho quá trình tạo keo. + Tạo tấm ván ép MDF - Ý nghĩa thực tiễn + Tìm hiểu các ứng dụng quan trọng của tannin. + Nâng cao giá trị sử dụng của cây keo lá tràm trong đời sống. 14 CHƢƠNG I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1. Tổng quan về keo lá tràm [19, 20, 21, 22, 23] 1.1.1. Sơ lược về keo lá tràm Keo lá tràm được phân bố tự nhiên ở miền Bắc Austraulia, ở Papua New Guinea, và miền đông Indonesia. Nó được trồng rải rác ở Maui, và ở những hòn đảo trong quần đảo Hawaiian, nhằm giải quyết vấn đề nghèo nàn thảm thực vật, cũng như sự hiện diện cỏ dại khắp mọi nơi. Bên cạnh đó, cây keo lá tràm còn được trồng rộng rãi ở nhiều nơi trên thế Hình 1.1. Keo lá tràm giới như là cây lâm nghiệp với các mục đích khác nhau và mức độ phân bố của nó không ngừng gia tăng theo thời gian, điển hình là các quốc gia ở vùng nhiệt đới. Trong thập kỉ 1960 – 1970, loài này nhập vào Việt Nam với tên tiếng việt là keo lưỡi liềm, sau này người ta sử dụng rộng rãi tên gọi keo lá tràm. 1.1.2. Phân loại keo lá tràm Một số tên thường dùng: Earpod wattle, Papuan wattle, auri, earleaf acacia,… Tên Latin: Acacia auriculiformis Giới: Plantae Bộ: Fabales Họ: Fabaceae Chi: Acacia Loài: A. auriculiformis 1.1.3. Đặc điểm sinh học của keo lá tràm Keo lá tràm là dạng cây gỗ lớn, chiều cao có thể đạt tới 30 m. Loài cây này phân cành thấp và có tán rộng. 15 Lá cây là lá giả, do lá thật bị tiêu giảm, bộ phận quang hợp là lá giả, được biến thái từ cuống cấp một, quan sát kỹ có thể thấy dấu vết của tuyến hình chậu còn ở cuối lá giả có hình dạng cong lưỡi liềm, kích thước lá giả rộng từ 3-4 cm, dài từ 613 cm, trên lá giả có khoảng 3 gân dạng song song, ở cuối lá có 1 tuyến hình chậu. Hoa tự dạng bông đuôi sóc, tràng hoa màu vàng. Quả dạng đậu xoắn, hạt màu đen, có rốn hạt khá dài màu vàng như màu của tràng hoa. Vỏ cây có rạn dọc, màu nâu xám. 1.1.4. Tình trạng phân bố ở trên thế giới và Việt Nam Trên thế giới, keo lá tràm chủ yếu phân bố ở một số đảo ở khu vực Thái Bình Dương như Quần đảo Samoa Manu, Quần đảo Bắc Mariana, Quần đảo Hawaii…Ấn Độ Dương như Quần đảo Palau, Quần đảo Xô-lô-mông… Khu vực giáp Thái Bình Dương như Úc Malaysia, Indonesia,Trung quốc… Ở nước ta, cây lá tràm được trồng phân tán hoặc tập trung ở các vùng: Bắc Trung Bộ, Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ, Tây Nam Bộ. 1.1.5. Ứng dụng Keo lá tràm là loài cây thuộc họ Đậu, ở rễ có nốt sần ký sinh chứa vi khuẩn nốt rễ có tác dụng tổng hợp đạm tự do, cải tạo môi trường đất, khối lượng vật rơi rụng của keo lá tràm hàng năm cũng rất cao, cây keo lá tràm thường được dùng nhiều trong cải tạo đất sản xuất lâm nghiệp. Đặc điểm sinh trưởng của loài này khá nhanh và thích nghi rộng, nên keo lá tràm nhanh chóng trở thành loài cây được trồng phủ xanh đất trống đồi trọc. Loài cây này cũng được trồng như là cây cảnh, cây lấy bóng râm và trồng trong các đồn điền để lấy gỗ ở khu vực Đông Nam Á và Sudan. Gỗ của nó có thể dùng trong sản xuất giấy, đồ gỗ gia dụng và các công cụ. Polyphenol tách ra từ cây này có thể dùng trong công nghiệp thuộc da. Tại Ấn Độ, gỗ và than củi từ keo lá tràm dùng làm nguồn nhiên liệu. Nhựa từ keo lá tràm cũng được buôn bán ở quy mô thương mại. 1.2. Tổng quan về keo dán [9, 10, 11] 16 1.2.1. Lịch sử tìm ra keo dán Nhiều tài liệu trên thế giới đã chứng minh loài người đã biết dùng keo dán cách đây 3.000 năm trước công nguyên qua việc khai quật những công trình kiến trúc cổ. Ở nước ta, keo dán cũng được sử dụng rất sớm. Người xưa đã dùng sơn ta để ghép gỗ, khảm thuyền, pha chế nhựa cây để bẫy chim, thú, bồi giấy, làm buồm… Mãi đến thế kỷ 19, keo dán vẫn chỉ hạn chế trong những chất có nguồn gốc thiên nhiên, từ thực vật như: nhựa cây, tinh bột, sơn ta…; từ động vật như keo tiết, keo da trâu… Ai cũng thấy những loại keo đó không bền, dễ tan trong nước, không giữ được tính kết dính khi thời tiết ẩm ướt, nhiều loại bị vi sinh vật phá hoại khiến cho những đồ vật dán không bảo quản được lâu dài. Khoa học kỹ thuật phát triển đặt ra những yêu cầu mới đối với keo dán mà những loại keo cổ truyền không đáp ứng được. Từ cuối thế kỷ 19, một ngành hóa học mới xuất hiện: hóa học hợp chất cao phân tử (polyme), nó đánh dấu một bước ngoặt mới trong lịch sử hóa học. Người ta đã tổng hợp được hàng loạt các hợp chất có tính năng độc đáo chưa hề có ở những hợp chất sẵn có trong thiên nhiên. Trong thời gian không đầy một thế kỷ, hàng trăm chủng loại keo dán mới ra đời từ các hợp chất cao phân tử. Chúng khắc phục được những nhược điểm của keo dán từ nguyên liệu thiên nhiên như độ bền của mối dán tăng lên rất nhiều, đôi khi cao hơn cả bản thân vật liệu ; hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi thời tiết và vi sinh vật; chịu lạnh, chịu nóng (chẳng hạn keo từ cao phân tử vô cơ và cơ kim có nhiệt độ nóng chảy ở nhiệt độ 1.000oC hay cao hơn nữa), chịu hóa chất… 1.2.2. Định nghĩa về keo dán Keo dán là những chất có khả năng kết dính được vật liệu một cách tương đối bền chắc nhờ vào tác dụng bề mặt của mình. Thuật ngữ « keo dán » được coi như một khái niệm chung bao gồm các loại vật liệu khác nhau như xi măng, hồ, keo, chất nhầy. Tất cả có thể được sử dụng thay thế cho nhau, nhưng thuạt ngữ « keo dán » thường được sử dụng nhiều nhất. 17 1.2.3. Các chức năng của keo dán Chức năng cơ bản của keo dán là để nối kết các phần của vật liệu lại với nhau. Chức năng này được thực hiện bằng sự truyền mạch đồng loạt từ phân tử này sang phân tử khác trong hệ vật liệu cần dán có sự tham gia của các vật liệu cơ học. Với sự đóng kín kiểu cơ học, độ bền của cấu trúc được giới hạn ở các vùng của các bộ phận tiếp xúc với vật liệu. Keo dán có thể được sử dụng để dán các kim loại, chất dẻo, gốm, sứ, cao su và những hợp chất của những nguyên liệu khác. 1.2.4. Các tính chất quan trọng của keo dán - Có khả năng lấp đầy lỗ hổng. - Liên kết được các bề mặt bẩn. - Chống chịu được sự va chạm. - Có khả năng chịu tải. - Chịu nhiệt và chịu lạnh. - Dễ thích nghi với thời tiết. 1.2.5. Phân loại keo dán Có thể phân loại keo dán từ một số quan điểm bao gồm cả về chức năng, nguồn gốc, hình dạng vật lý, kiểu ứng dụng, thành phần hóa học, đặc điểm của hệ thống sản xuất và các yếu tố khác… Tuy nhiên, có một sự phân loại đơn giản, phổ biến nhất đó là sự phân loại theo nguồn gốc. Keo dán hoặc được sản xuất từ nguồn gốc thiên nhiên như keo tinh bột, hoặc phần lớn theo nhu cầu tiêu thụ thì keo dán được tổng hợp từ các hidrocarbon cơ bản. Nhóm keo tổng hợp bao gồm nhựa nhiệt dẻo và các loại keo nhựa nhiệt rắn. 1.2.5.1. Keo có nguồn gốc tự nhiên và tổng hợp Sự phân loại này dựa trên keo được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên hoặc tổng hợp được từ các hidrocarbon cơ bản. a. Keo có nguồn gốc tự nhiên Nhóm keo thiên nhiên đi từ hợp chất sẵn có trong thiên nhiên có nguồn gốc động vật, thực vật và khoáng chất. 18 Keo động vật bao gồm keo da, keo xương, keo cá, keo casein, keo albumin, cánh kiến. Keo thực vật phong phú hơn gồm tinh bột, dextrin, các loại nhựa cây như sơn ta, gôm, cao su thiên nhiên, sáp, protid từ ngô, đậu nành, dầu khô. Keo khoáng gồm có bitum, nhựa đường, chitosan và các chất dính vô cơ như natri silicat. Ngoại trừ các chất dính vô cơ, sự sử dụng keo có nguồn gốc thiên nhiên phần lớn bị hạn chế với giấy, bìa cứng, lá kim loại và gỗ nhẹ. Chúng không đắt, dễ sử dụng và có thời gian bảo quản lâu dài. Phần lớn keo có nguồn gốc thiên nhiên là những chất tan trong nước và sử dụng nước như một dung môi. Chúng được cung cấp như những chất lỏng hoặc những loại bột khô để trộn với nước. Một số chất này là những chất làm phân tán trong các dung môi hữu cơ. Keo dán Tự nhiên Nhựa nhiệt dẻo Tổng hợp Nhựa nhiệt rắn Nhựa đàn hồi Hình 1.2. Sự phân loại đơn giản về keo dán b. Keo dán tổng hợp Keo tổng hợp thu được qua quá trình chế biến hóa học các khoáng vật, dầu mỏ, khí thiên nhiên, than đá hoặc nhiên liệu thực vật. Keo tổng hợp có hai loại: vô cơ và hữu cơ. 19 Keo tổng hợp vô cơ không nhiều: thủy tinh nước (natri silicat), keo trên cơ sở calcium sulfat,… Keo tổng hợp hữu cơ thuộc nhóm hợp chất đặc biệt: những hợp chất cao phân tử, còn gọi là polimer. Nhóm này có thể chia thành nhựa nhiệt rắn, nhựa nhiệt dẻo và các chất elastome (các chất có tính đàn hồi). Keo từ nhựa nhiêt rắn (phenol formaldehyde, ure formaldehyde, epoxi…) đóng rắn nhờ những phản ứng hóa học, tạo thành mối dán bền, chịu nhiệt, dùng để tạo những mối nối chịu lực cho vật liệu kim loại và phi kim loại. Keo từ nhựa nhiệt dẻo (polyisobutylen, polyvinylacetat, polyacrilic,…) nóng chảy khi bị đốt nóng, có chỉ tiêu về độ bền tương đối thấp, nhất là khi dùng ở nhiệt độ cao, chủ yếu sử dụng cho những kết cấu phi kim loại không chịu lực. Còn một loại polyme nữa cũng thuộc nhóm này, nó có tính đàn hồi cao và được gọi bằng một danh từ riêng là các chất elastomer. Đại diện nhóm này là các loại cao su tổng hợp (neopren, polisulfur, silicon-nitril, siloxan…), các dẫn xuất của cao su thiên nhiên (cao su clo hóa, hidro hóa hoặc vòng hóa), cao su tái chế… Chúng được dùng chủ yếu để dán cao su với cao su, cao su với kim loại. 1.2.5.2. Sự phân loại theo thành phần hóa học Sự phân loại này miêu tả các loại keo tổng hợp như: nhựa đàn hồi, nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn và sự kết hợp của cả ba loại này. a. Keo nhiệt rắn Đây là loại keo không thể nóng lên và chảy ra sau sự xử lý ban đầu. Sự xử lý thực hiện bằng các phản ứng hóa học ở nhiệt độ phòng hay nhiệt độ cao tùy thuộc vào loại keo điều chế. Một số keo nhựa nhiệt rắn yêu cầu áp suất đáng kể, trong khi các loại khác thì chỉ cần một áp suất tương đối đủ để tiếp xúc. Đôi khi dung môi cũng được thêm vào để tạo điều kiện thuận lợi cho sự ứng dụng. Các loại keo này thường sẵn có như các chất lỏng, bột nhão và các chất rắn tự do có khả năng hòa tan. Các loại keo phản ứng nhiệt được điều chế theo hai phương pháp. Phương pháp thứ nhất thường yêu cầu xử lý với nhiệt độ cao và có thời gian bảo quản bị hạn 20 chế. Phương pháp thứ hai có thời gian bảo quản lâu hơn và thường được xử lý ở nhiệt độ phòng, hoặc có một số trường hợp nhanh hơn thì được xử lý ở nhiệt độ cao hơn vừa phải. Có một bất lợi là các phương pháp này yêu cầu việc đo lường và pha trộn phải thật cẩn thận để chắc chắn rằng các tỷ lệ qui định được hóa hợp và hỗn hợp pha trộn đồng nhất. Một lần keo được pha trộn, thời gian sử dụng có giới hạn. Vì các loại keo phản ứng nhiệt từ nhựa thông khi xử lý có được liên kết chéo dày đặc, sức chống chịu của chúng với nhiệt độ và các dung môi rất tốt và chúng thể hiện sự biến dạng đàn hồi nhỏ dưới những nhiệt độ cao. Các liên kết có khả năng giữ vững ở nhiệt độ từ 93 – 260oC và độ bền rất rõ ràng. Sự ứng dụng chính là cho các mối nối quan trọng ở phương pháp xử lý với nhiệt độ cao. Đa số các vật liệu có thể liên kết với nhau bằng các chất dính phản ứng nhiệt nhưng sự nhấn mạnh chỉ trên sự ứng dụng cấu trúc. b. Keo nhựa nhiệt dẻo Những vật liệu này không liên kết chéo trong suốt thời gian xử lý và có thể bị tan chảy mà không có sự thay đổi quan trọng nào ở thuộc tính của chúng. Chúng là những hệ thống thành phần đơn lẻ đóng rắn lại trên sự làm lạnh từ một trạng thái nấu chảy hoặc sự bay hơi của một dung môi hay một chất lỏng. Các keo dán gỗ là những thể nhũ tương dẻo nóng, chúng đóng rắn bằng sự bay hơi nước từ một hệ nhũ tương. Các chất dính dẻo nóng thường không được khuyến cáo sử dụng trên 60oC mặc dù chúng có thể được sử dụng tới 90oC trong một số sự ứng dụng. Các chất này có sức chống chịu và độ bền rất kém. Nguyên liệu thông thường nhất được liên kết là vật chất phi kim loại, đặc biệt là gỗ, da, chất dẻo và giấy. Với sự ngoại lệ của một vài chất dính nóng chảy, các chất dính dẻo nóng nhìn chung không được sử dụng cho sự ứng dụng cấu trúc. c. Keo nhựa đàn hồi Các chất này dựa trên các polimer tổng hợp hoặc các polimer có tự nhiên. Chúng có tính dẻo dai và độ giãn cao hơn. Những chất dính đàn hồi cơ thể được cung cấp các dung dịch như các dung môi hữu cơ, bột nhựa mủ, chất phân tán, băng